JPH0510617A - 冷凍機 - Google Patents

冷凍機

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JPH0510617A
JPH0510617A JP3160334A JP16033491A JPH0510617A JP H0510617 A JPH0510617 A JP H0510617A JP 3160334 A JP3160334 A JP 3160334A JP 16033491 A JP16033491 A JP 16033491A JP H0510617 A JPH0510617 A JP H0510617A
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JP
Japan
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refrigerator
piston
moving coil
short
displacer
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JP3160334A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Kiyota
浩之 清田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍機を運転していない場合において外部か
ら大きな振動を受けても、ピストンと可動コイルから成
る組立体の共振が大きくならず、部品の破損が発生しな
い冷凍機を提案するものである。 【構成】 冷凍機が動作していないとき可動コイル8内
に巻かれた導電線9を短絡接続することができる切換器
28を設けたものである。 【効果】 冷凍機を例えば車両などに積んで運搬すると
きや、また、人工衛星搭載用の冷凍機では打ち上げ時な
どの、冷凍機を運転していないときに、外部から大きな
振動を受けても、ピストンと可動コイルから成る組立体
の共振が大きくならず、内部で部品どうしが衝突するこ
とによる破損を防止することができるという効果があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば赤外線検出素子
を極低温(例えば77K前後)に冷却するスターリング
冷凍機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3に従来のスターリング冷凍機の構成
例を示す。スターリング冷凍機は大きく分けて圧縮機1
と、コールドフィンガ2と、これらを結ぶ連結管3と、
前記圧縮機1に電流を供給する電源部27より構成され
る。前記圧縮機1はシリンダ4と、前記シリンダ4の内
面を滑りながら往復運動するピストン5を備えており、
前記ピストン5はハウジング10の内壁から伸びる支持
ばね6の一端に取り付けられている。前記ピストン5に
は可動コイル8が取り付けられ、前記可動コイル8は非
磁性材料からなる円筒状のボビン7に導電線9を巻き付
けて形成されている。前記可動コイル8の前記導電線9
は一対のリード線11と接続しており、これらのリード
線11は前記ハウジング10に取り付けられた一対の電
気端子12を持つ。前記電気端子12は前記電源部27
に電気的に接続されており、前記電源部27は前記可動
コイル8に正弦波状の交流電流を供給している。前記ハ
ウジング10内には永久磁石13及びヨーク14が設け
られており、これらは磁気回路15を構成している。前
記可動コイル8は前記磁気回路15に設けられた隙間1
6内で前記ピストン5の軸線方向に往復運動できる構造
になっている。前記間隙16内には前記可動コイル8の
運動方向を横切る半径方向に永久磁界が存在する。圧縮
機1全体には例えばヘリウムなどの高圧の作動ガスが封
入されている。シリンダ4内側のピストン上方の内部空
間を圧縮室17と呼び、圧縮室17内の作動ガスがシリ
ンダ4とピストン5の間隙を通過しにくくするために、
シリンダ4とピストン5の間隙はできるだけ狭く作られ
ている。
【0003】一方、前記コールドフィンガ2は、細長い
円筒状の低温シリンダ18を備えており、前記低温シリ
ンダ18下部に設けられたスリーブ27の内面を滑りな
がら前記低温シリンダ18内を往復運動するディスプレ
ーサ20を有している。前記ディスプレーサ20は共振
ばね19により支持され、前記低温シリンダ18内部の
空間は前記ディスプレーサ20によって上下に2分割さ
れており、前記ディスプレーサ20より上方の空間を低
温室21、下方の空間を高温室22と呼ぶ。前記ディス
プレーサ20内部には再生器23とガス通過孔24が設
けられ、前記低温室21と前記高温室22は前記再生器
23と前記ガス通過孔24を介して連通しており、前記
再生器23内には例えば銅の金網などの畜冷材25が充
填されている。前記スリーブ27と前記ディスプレーサ
20の隙間を作動ガスが通過しないように前記ディスプ
レーサ20と前記スリーブ27の隙間はできるだけ狭く
作られている。前記コールドフィンガ2の各室には前記
圧縮機1と同様に例えばヘリウムなどの高圧の作動ガス
が封入されている。前記圧縮機1の前記圧縮室17と前
記コールドフィンガ2の前記高温室22は、前記連結管
3を介して連通している。また、前記圧縮室17、前記
連結管3内部の空間、前記低温室21、前記高温室2
2、前記再生器23及び前記ガス通過孔24は互いに連
通しており、これらの室全体を総合して作動室26と呼
ぶ。
【0004】上記のように構成された従来の冷凍機の動
作について説明する。電源部27から電気端子12及び
リード線11を介して可動コイル8の導電線9に交流電
流を印加すると、導電線9にには隙間16中の永久磁界
との相互作用により軸方向にローレンツ力が働く。その
結果、可動コイル8に取り付けられたピストン5はシリ
ンダ4の内部を往復運動し、圧縮室17から低温室21
に至る作動室26のガス圧力に正弦状の波動を与える。
この圧力波動に伴って再生器23内部を作動ガスが行き
来し、このとき再生器23に生じる流体抵抗力により、
再生器23を含むディスプレーサ20には上下方向に力
が作用する。この力と共振ばね19の相互作用により、
ディスプレーサ20はピストン5と同じ周波数かつ異な
った位相でコールドフィンガ2内を軸方向に往復する。
以上のようにピストン5及びディスプレーサ20が適当
な位相差を保って運動するとき、以下に述べるような原
理で冷凍を発生することができる。
【0005】まずディスプレーサ20がコールドフィン
ガ2内の上部に位置しているときに、ピストン5が上方
に移動して作動室26内の作動ガス全体を圧縮する。圧
縮室17内の作動ガスは連結管3を経て、高温室22に
流れ込み、この間に圧縮時に発生する圧縮熱はハウジン
グ10、連結管3などを介して周囲空気に放熱される。
次にディスプレーサ20が下方に移動し、それとともに
高温室22の作動ガスは再生器23とガス通過孔24を
通って低温室21に移動する。このとき再生器23は半
サイクル前に蓄えた冷熱で作動ガスを予冷する。次にピ
ストン5が下方に移動することで作動室26内の作動ガ
ス全体を膨張させる。低温室21内においても作動ガス
は膨張し、低温室21内に冷熱を発生する。次にディス
プレーサ20が上方に移動し、それとともに低温室21
の作動ガスは再生器23とガス通過孔24を通って高温
室22に移動する。このとき再生器23は作動ガスによ
って予冷される。その後再びピストン5が上方に移動し
て作動ガスの圧縮が始まり、同様のサイクルが繰返され
る。ここでの作動ガスの圧縮と膨張はそれぞれピストン
5から仕事をうけとったり、ピストン5へ仕事を与えた
りしながら行われているので、作動ガスは圧縮時には熱
を出し、膨張時には外部から熱を吸収する。前述のよう
にディスプレーサ20がコールドフィンガ2内の上部に
位置しているとき、すなわち低温室21の容積が小さく
なっているときに作動ガスの圧縮がおこり、逆にディス
プレーサ20がコールドフィンガ2内の下部に位置して
いるとき、すなわち低温室21の容積が大きくなってい
るときに作動ガスの膨張がおこるので、低温室21は1
サイクル全体で見ると膨張が主体であり、コールドフィ
ンガ2の先端部外部から熱を奪い、被冷却体を冷却す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来装置
には以下に述べるような課題があった。圧縮機1におい
て、ピストン5と可動コイル8から成る組立体は支持バ
ネ6によってのみ支持されているため、外部から振動が
圧縮機1に与えられると、ピストン5の可動コイル8か
ら成る組立体も外部振動に共振して軸方向に振動する。
外部振動が大きい場合には、ピストン5と可動コイル8
から成る組立体の振幅は、シリンダ5やハウジング10
あるいはヨーク14と衝突するほど大きくなり、最悪の
場合、この衝突によって部品の破損がおきる。このよう
な部品が破損するほどの大きい外部振動は、冷凍機を例
えば車両などに積んで運搬するときや、また、人工衛星
搭載用の冷凍機では打ち上げ時など、冷凍機を運転して
いないときに発生し易いものである。すなわち、従来装
置には冷凍機を運転していないときに何等かの破損対策
をしなければならないという課題があった。
【0007】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたもので、冷凍機を運転していない場合において、
外部から大きな振動を受けてもピストンと可動コイルか
ら成る組立体の共振が大きくならず、部品の破損が発生
しない冷凍機を提案するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る冷凍機
は、冷凍機が動作していないとき可動コイル内に巻かれ
た銅電線を短絡接続することができる切換器を設けたも
のである。
【0009】
【作用】この発明においては、冷凍機が動作していない
とき、切換器によって可動コイル内に巻かれた導電線を
短絡接続すると、外部から大きい振動が与えられ、ピス
トンと可動コイルから成る組立体が共振しようとして
も、永久磁界の中を可動コイルが移動するときに可動コ
イルの導電線に磁界によって誘起される電流が流れ、可
動コイルの移動を妨げる方向にローレンツ力が発生する
ので、ピストンと可動コイルから成る組立体の振幅が大
きくならず、部品の破損を防止することができる。
【0010】
【実施例】
実施例1.図1は、この発明の一実施例を示す図であ
る。図において、圧縮機1と、コールドフィンガ2と、
これらを結ぶ連結管3と、電源部27は従来装置とまっ
たく同じ構成であるが、この発明の装置では、冷凍機が
動作していないときに可動コイル8内に巻かれた導電線
9を短絡接続するための切換器28を電気端子12と前
記電源部27の間に設けたところが従来装置と異なる。
【0011】次にこの発明の装置の動作について説明す
る。冷凍機が動作しているときは切換器28の接点Aが
接続され、この状態では冷凍機は図3の従来装置とまっ
たく同様に冷凍を発生するが、この発明においては、冷
凍機が動作していないとき、切換器28を接点B側に切
換ると、可動コイル8内に巻かれた導電線9を短絡接続
することができる。このとき、例えば装置を運搬するな
どして外部から大きい振動が与えられた場合、ピストン
5と可動コイル8から成る組立体が共振しようとして
も、導電線9を短絡接続しているため隙間16の永久磁
界の中を可動コイル8が移動するときに磁界によって誘
起される電流が導電線9に流れ、可動コイル8の移動を
妨げる方向にローレンツ力が発生するので、ピストン5
と可動コイル8から成る組立体の振幅が大きくならず、
内部で部品どうしが衝突することによる破損を防止する
ことができる。
【0012】実施例2.図2を用いてこの発明の別の実
施例を説明する。図2は対向2気筒の圧縮機1を用いた
冷凍機に対してこの発明を実施した例を示している。図
2の例では、ピストンなどの往復運動による振動を打ち
消すためにシリンダ4a、4b、ピストン5a、5b、
支持ばね6a、6b、ボビン7a、7b、可動コイル8
a、8b、導電線9a、9bなどが左右対称に2個設け
られているが、冷凍を発生する基本的原理は図3の従来
装置例に同じであり、前記2個の可動コイル8a、8b
それぞれの導電線9a、9bは互いに直列に接続され一
つの電源部27から電流が供給される。切換器28は電
気端子12と電源部27の間に設けられており、冷凍機
が動作しているときは切換器28の接点Aが接続され、
冷凍機が動作していないとき切換器28を接点B側に切
替ると、互いに直列接続された可動コイル8a、8b内
の導電線9a、9bを一つのコイルと見なし短絡するこ
とができる。このように構成しても図1の実施例とまっ
たく同様に、冷凍機が動作していないとき、外部から大
きい振動が与えられた場合、ピストン5a、5bと可動
コイル8a、8bから成る組立体の共振を抑制する作用
が期待できる。
【0013】図2の実施例では2個の可動コイル8a、
8b内の導電線9a、9bを直列接続したまま短絡する
例を示したが、個々の導電線9a、9bを電気的に切り
離し独立に短絡してもこの発明を実施できる。
【0014】図1、図2の例では、切換器28としてス
イッチ式のものを例として示したが、リレー式のもの
や、トランジスタなどの半導体素子を利用しても良い。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、冷凍
機が動作していないとき可動コイル内に巻かれた導電線
を短絡接続することができる切換器を設けることによっ
て、冷凍機を例えば車両などに積んで運搬するときや、
また、人工衛星搭載用の冷凍機では打ち上げ時などの、
冷凍機を運転していないときに、外部から大きな振動を
受けても、ピストンと可動コイルから成る組立体の共振
が大きくならず、内部で部品どうしが衝突することによ
る破損を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による冷凍機を示す断面図
である。
【図2】この発明の別の一実施例による冷凍機を示す断
面図である。
【図3】従来の冷凍機を示す断面図である。
【符号の説明】
4 シリンダ 5 ピストン 7 ボビン 8 可動コイル 9 導電線 15 磁気回路 17 圧縮室 18 低温シリンダ 20 ディスプレーサ 21 低温室 22 高温室 23 再生器 28 切換器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 筒状のボビンに導電線を巻き付けて形成
    され前記導電体に交流電流を流すことにより磁気回路が
    作る磁界の中を往復する可動コイルと、前記可動コイル
    に結合されシリンダ内を往復運動するピストンと、前記
    ピストンが往復運動することによって容積が変化する圧
    縮室と、筒状の低温シリンダと、前記低温シリンダの内
    部を低温室と高温室とに分け、かつ前記低温シリンダ内
    を往復運動するディスプレーサと、前記ディスプレーサ
    内部に設けられた再生器とを備えた冷凍機において、冷
    凍機が動作していないときに前記可動コイル内に巻かれ
    た導電線を短絡接続するための切換器を設けたことを特
    徴とする冷凍機。
JP3160334A 1991-07-01 1991-07-01 冷凍機 Pending JPH0510617A (ja)

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GB9213988A GB2258523B (en) 1991-07-01 1992-07-01 Refrigerator

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